聚能水压光面爆破技术在隧道施工中的应用

■林燕祥

(福建第一公路工程集团有限公司，泉州 362600)

1 工程背景

九峰隧道在III级围岩段的掘进过程中，起初采用传统的常规光面爆破施工方法，光面效果差、施工进度缓慢、超欠挖控制不满足要求等，项目部经过对该施工方法进行多次总结和改进，但效果甚微，最后引进一种叫聚能水压光面爆破的新方法，经过一段时间的摸索和应用，传统的常规光面爆破施工方法存在缺点均得到了较好的改善。

福建第一公路工程集团承建的厦蓉高速公路扩建工程A5合同段九峰隧道，右洞Ⅲ级围岩起讫桩号为YK139+200～YK139+870，长 670m；左洞Ⅲ级围岩起讫桩号 ZK139+224.44～ZK139+890，长 665.56m，施工过程中采用全断面开挖。隧道Ⅲ级围岩性为微风化变质细砂岩、变质粉砂岩、变质泥岩相间的岩性组合。节理裂隙较发育且具层理308°∠30°，岩体较破碎-较完整。富水性差，水量贫乏。

2 聚能水压光面爆破原理

聚能爆破炮眼装药结构与常规光面爆破不同，其炮眼底部先安装特制的水袋，接着安装制作好的聚能管，炮眼上部再装水袋，炮眼口用特制的炮泥堵塞，最后接上起爆雷管。起爆瞬间，岩石中产生径向压应力和沿周边眼轮廓线两侧产生高集中性拉应力，拉应力大小超过了岩石的抗拉强度，使岩石周边眼轮廓线方向产生光面裂缝，应力波产生后紧跟着聚能槽产生的高压射流、水袋产生的“水楔效应”以及爆炸产生的高温高压气体的静力作用，促使岩石裂缝进一步扩展加大，达到光面爆破的效果。

3 聚能水压光面爆破施工技术

3.1 主要施工工艺流程

施工准备→超前地质预报→爆破设计→测量放样、炮眼定位→钻孔、清孔→炮泥、水袋制作→聚能药槽制作→水袋安装→聚能管安装→水袋安装→炮泥堵塞→连线、检查、起爆→通风、排尘、排险→爆破效果检查→出渣、初期支护。

3.2 施工控制要点

3.2.1 爆破设计

聚能水压光面爆破技术布孔与常规光面爆破完全一样，凿岩工具和工艺均无变化。不同之处在于周边孔的间距，常规光面爆破40～50 cm，聚能水压光面爆破周边孔间距布置80～100cm，起拱线、围岩节理发育处可根据现场情况适当缩小孔间距。九峰隧道出口段左右洞Ⅲ级围岩主要为微风化变质细砂岩、变质粉砂岩、变质泥岩相间的岩性组合，节理裂隙较发育且具层理，根据现场实际围岩情况，周边眼间距布置定为80～100cm。

3.2.2 炮泥、水袋制作

炮泥应严格按照配合比进行制作，否则含砂量过多的话炮泥成型差，过少的话比重就小。水量要适中，过多造成炮泥太软，难以振捣坚实，过少难以粘结。经现场试验，三种成分的质量比为：黏土∶砂∶水=0.75∶0.09∶0.16；水袋使用YH-8040塑袋灌装封口机制作，水袋长度20cm，宽4cm。水袋要采用圆头水袋减小摩擦力，防止水袋损坏，便于安装，水袋不要装满，应保证在其容量的90%左右。

3.2.3 聚能药槽制作

聚能药槽的制作需往半壁管注药，利用注药枪和空压机等设备，注药枪长45cm，重0.8kg；小型空压机功率600W，重19kg，排气压力0.8MPa(实际使用中0.6MPa打药效果最佳)。

图1 炮眼设计图

从药卷的一端沿药卷纵向把包装皮切开，然后两药卷沿纵向切开面合并并装入注药枪筒中，最后拧紧旋转盖；接着给注药枪加压至0.6MPa；紧接着手握注药枪沿聚能半壁管从头到尾慢慢移动，炸药就从枪口连续不断流入半壁管中，以刚好填满半壁管为准。注好炸药后两个半壁管相扣之前，在其中一片半壁管中通长放置一根导爆索，然后合并装在一起，为确保聚能管装置中的聚能槽对准隧道轮廓面以防止转动，应用绝缘胶布在聚能管装置上缠绕几处，并在两端套上塑料橡圈，这样聚能管基本就组装好。值得注意的是，为了安全，在聚能管装置组装房内不得安装起爆雷管，待运到掌子面装药前再安装。

图2 聚能管截面尺寸

3.2.4 装药

先在炮孔最底端安装一个水袋，水袋务必装到炮孔的最底端，不能留有缝隙；接着安装聚能管装置，聚能管长2.5 m，是炮孔深度的70%，聚能管头部插上一节有导爆管雷管的加强起爆药包，然后聚能管装置头要紧挨着炮孔最底端的水袋，聚能槽要与轮廓面一致，特别要注意千万不能装错；紧接着再往炮孔中安装两节水袋；最后再用加工好的炮泥回填填塞一直到炮孔口，用木质或竹制炮棍捣实炮泥，起到填塞密实的作用。所有炮孔装填完后，像常规光面爆破那样连线起爆。

图3 装药结构示意图

3.2.5 连线、检查、起爆

起爆网路采用复式联结网路，每一簇即“一把握”，导爆管在自由端15cm以上处，安装2个引爆雷管，各簇导爆管在自由端10cm以上处安装2个引爆火雷管，各联结均采用黑胶布包扎，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时注意：导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管连接次数相同；网路连接好后，要有专人负责检查。爆破现场负责人在警戒工序结束，经确认警戒区内人员、设备均已撤离警戒区，警戒人员到岗做好安全警戒后，发出第二次警报并以倒计时数秒的方式发出“起爆”命令，爆破员操纵击发枪(或起爆器)起爆。

3.2.6 通风、排尘、排险

爆破后隧道内的粉尘及有毒有害气体浓度较大，需要15min左右的时间进行排尘，将爆破烟尘和有毒有害气体的浓度降至安全允许的范围内。如果在验炮时发现工作面的风筒脱节或损坏而不能使工作面的烟尘很快吹散时，验炮人员应首先对通风设施进行处理。然后进行危石，哑炮等排险。

3.2.7 爆破效果

爆破后，通过现场检查，采用聚能水压光面爆破比之前常规光面爆破的光面效果明显好转，且通过仪器测量断面，超欠挖控制效果良好。

4 结语

新引进的聚能水压光面爆破的施工方法明显提高了光爆效果，减少钻孔数量，改善了爆破后的工作环境，降低了粉尘，减小了噪音，减少了对周边居民的影响，而且进尺比常规光面爆破平均多20～30cm左右。该项技术不仅节能环保，而且取得较大的经济与社会效益，可值得借鉴和推广。